低重稀土合金对热变形Nd-Fe-B磁体微观组织与磁性能的影响研究

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Nd-Fe-B稀土永磁材料由于具有优异的磁性能,因而被广泛运用于电子信息、节能环保、轨道交通、航天航空等领域。Nd-Fe-B稀土永磁材料按其制备方法不同主要分为烧结Nd-Fe-B、粘结Nd-Fe-B以及热压/热变形Nd-Fe-B。相对于烧结Nd-Fe-B,热压/热变形Nd-Fe-B磁体的成型工艺具有制备周期短、无需外磁场取向等优点,且其晶粒为纳米晶,有利于磁体矫顽力和热稳定性的提高。本文首先通过热压烧结技术制备了综合性能优异的原始热变形Nd-Fe-B磁体,进而分别研究了Pr50Dy20Cu15Ga15低重稀土合金晶界添加以及Nd50Dy20Cu30低重稀土合金晶界扩散对热变形Nd-Fe-B磁体矫顽力、热稳定性、微观组织演变以及回复曲线的影响。首先,通过不断探索热压/热变形Nd-Fe-B磁体的制备工艺参数,最终在650℃/250MPa/2 min的热压条件以及820℃/75 MPa/5 min/72%的热变形条件下,制备出了综合性能优异的热变形Nd-Fe-B磁体。磁体的剩磁(Jr)、矫顽力(Hcj)、最大磁能积((BH)max)分别为:Jr=1.34 T、Hcj=1242 kA/m、(BH)max=335 kJ/m3。热压Nd-Fe-B磁体由于在相对较低的温度下制备,其内部依然存在较多的孔洞,晶粒为随机取向的等轴晶。而热变形Nd-Fe-B磁体由于制备温度较高,因此内部孔洞较少,其晶粒为片状晶,且C轴沿压力方向取向。热变形Nd-Fe-B磁体内部粉末薄片接触间隙处存在无取向的粗晶区域。单纯对热压磁体进行加热保温而不施加压力,磁体的主相晶粒有所增大,但不产生取向。其次,为了进一步提升热变形Nd-Fe-B磁体的矫顽力及热稳定性,应用晶界添加技术引入Pr50Dy20Cu15Ga15低重稀土合金。研究了Pr50Dy20Cu15Ga15合金添加量对热变形Nd-Fe-B磁体磁性能、热稳定性、微观组织演变及回复曲线的影响。结果表明,当Pr50Dy20Cu15Ga15合金添加量为3 wt.%时,热变形Nd-Fe-B磁体矫顽力提升显著,从1242kA/m提升至1595 kA/m,剩磁从1.34 T下降到1.22 T。在高温下,添加磁体的热稳定性明显改善,剩磁温度系数α从-0.110%/K提升至-0.093%/K,矫顽力温度系数β从-0.557%/K提升至-0.513%/K。富稀土(RE)相对Nd2Fe14B晶粒良好的磁隔离作用及局部高各向异性(Nd,Pr,Dy)2Fe14B硬磁相的形成是矫顽力增强的主要原因。剩磁的降低是由于磁体晶粒取向变差以及粉末薄片接触间隙处存在无取向粗晶区所致。进一步研究发现,磁体富RE相的不均匀聚集将导致局域磁各向异性分布不均匀,最终增大回复曲线的开口。最后,研究了晶界扩散Nd50Dy20Cu30低重稀土合金对热变形Nd-Fe-B磁体磁性能及微观组织演变的影响。通过在650℃/3 h的工艺条件下进行扩散,磁体矫顽力得到了较大幅度的提升,从1224 kA/m提升至1509 kA/m。磁体的热稳定性也明显改善,剩磁温度系数和矫顽力温度系数分别从-0.116%/K、-0.553%/K提升至-0.108%/K、-0.487%/K。相较于原始磁体,扩散样品的晶粒有所增大,富RE相明显增多,晶粒取向度有所下降。磁体晶粒长大的原因是由于纳米晶对温度非常敏感所致,而晶粒取向度下降的原因可能是由于引入的非磁性相在晶界处聚集,使磁体发生体积膨胀所致。本文系统研究了低重稀土合金对热变形Nd-Fe-B磁体微观组织与磁性能的影响。这一成果对制备高矫顽力热变形Nd-Fe-B磁体具有重要的学术参考价值和实际意义。
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